Оптические квантовые генераторы или лазеры находят все более широкое применение в промышленности. Их использование возможно благодаря таким уникальным свойствам, как монохроматичность и высокая плотность излучаемых колебаний, а также благодаря возможности формирования с помощью в генераторов очень узких пучков излучения с высокой концентрацией в них электромагнитной энергии.

Можно выделить два направления применения лазеров и отрасли. Первое направление связано о целенаправленным воздействием на обрабатываемое вещество (микросварка, термообработка, резка хрупких и твердых материалов, подгонка параметров микросхем и др.), второе направление находит все большее развитие в применении лазеров (измерение и контроль параметров изделий микроэлектроники, передача и обработка информации).

Диапазон длин волн, излучаемых лазерами, охватывает видимый спектр и распространяется в инфракрасную и ультрафиолетовую области. Чаще всего используются лазеры с длинами волн:0,49 - 0,51; 0,53 - 0,63; 0,694; 1,06; 10,6 мкм.

Действие лазерного излучения бывает: тепловым – заключается в том, что при (фокусировке излучения выделяется значительное количество тепле в небольшом объеме за короткий промежуток времени; энергетическим – определяется высоким градиентом электрического поля, который может вызвать поляризацию молекул, резонансные и другие эффекты, фотохимическим – проявляется и выцветании некоторых красителей; механическим – характеризуется возникновением колебаний типа ультразвуковых в облучаемом организме.

Основную опасность при эксплуатации лазера представляет прямое лазерное излучение. Из-за его большой интенсивности и малой расходимости луча возникает возможность получения высокой плотности излучения, достигающей иногда 1011 - 1014 Вт/см2, в то время, как для испарения самых твердых материалов достаточно 109 Вт/см2.

Излучение лазера, выходящее из резонатора, направляется через различные оптические элементы (фильтры, линзы, призмы, светоотделительные пластинки и т.д.) на какую-либо мишень. Все эти элементы в некоторой степени отражают или рассеивают излучение оптических квантовых генераторов. Зеркально-отраженное излучение опасно в той же мере, что и прямое. Кроме того, зеркально-отраженный луч лазера может многократно зеркально или диффузно отражаться от различных поверхностей.

Степень потенциальной опасности лазерного излучения зависит от мощности источника, длины волны, длительности импульса и чистоты его следования, окружающих условий, отражения и рассеяния излучения.

Кроме воздействия лазерного излучения возникают и другие опасные факторы.

Вредное влияние на глаза может оказать световая энергия от импульсных ламп накачки. Во время разряда лампа накачки излучает энергию, достигающую десятков килоджоулей. Кроме того, спектр излучения импульсных ламп содержит длинноволновые ультрафиолетовые лучи, которые могут дополнительно вызывать специфическую реакцию глаз.

К сопутствующим опасным факторам, возникающим при эксплуатации лазерных установок, можно отнести:

Высокое напряжение зарядных устройств, питающих батарею конденсаторов большей емкости. После разряда конденсаторов на лампы вспышки они могут сохранять электрический разряд высокого потенциала;

Загрязнение воздушной среды химическими веществами, образующимися при разрядке импульсных ламп накачки (озон, окислы азота), в результате испарения материала мишени при сварке, сверлении и других технологических операциях (окись углерода, свинец, ртуть, продукты термоокислительного разложения материала мишени, побочные продукты реакции лазера);

Интенсивный шум, возникающий в момент работы некоторых лазеров;

Рентгеновское излучение при фокусировании излучения лазера в газе в режиме модулирования добротности и образование сгустка высокоионизированной плазмы с плотностью электронов 1015 - 1020 см-3.

Биологические эффекты, возникающие при воздействии лазерного излучения на организм человека, делятся на две группы:

1) Первичные эффекты - органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых тканях;

2) Вторичные эффекты - неспецифические изменения, появляющиеся в организме в ответ на облучение.

Наиболее подвержен поражению лазерным излучениям глаз человека. Сфокусированный на сетчатке хрусталиком глаза лазерный луч будет иметь вид малого пятна с еще более плотной концентрацией энергии, чем падающее на глаз излучение. Поэтому попадание лазерного излучения в глаз опасно и может вызвать повреждение сетчатой и сосудистой оболочек с нарушением зрения. При малых плотностях энергии происходит кровоизлияние, а при больших - ожег, разрыв сетчатой оболочки, появление пузырьков глаза в стекловидном теле.

Излучение лазера, работающего в ультрафиолетовом и дальнем инфракрасном диапазоне длин волн, почти полностью будет поглощаться прозрачными средами глаза, содержащими большое количество жидкости. Вследствие этого их повреждения могу наступить при сравнительно небольших интенсивностях излучения, обычно эти повреждения имеют характер ожогов.

Лазерное излучение может вызвать также повреждение кожи и внутренних органов человека. Повреждение кожи лазерным излучением схоже с термическим ожегом. На степень повреждения влияют как входные характеристики лазеров, так и цвет, и степень пигментации кожи. Интенсивность излучения, которая вызывает повреждение кожи, намного выше интенсивности, приводящей к повреждению глаза. Кроме ожегов кожи лазерное излучение способно вызвать повреждения внутренних органов, даже в тех случаях, когда на теле возникают относительно слабые поверхностные повреждения. Эти повреждения имеют характер отеков, кровоизлияний, омертвления тканей, свертывания и распада крови. В ряде случаев имеет место воздействие как прямого, так и зеркально отраженного лазерного излучения на отдельные органы человека, а также диффузно отраженного излучения на весь организм человека. Результатом такого воздействия оказываются различные функциональные изменения центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, эндокринных желез, физическое утомление и др.

В соответствии с “Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров” лазеры подразделяются по степени опасности генерируемого ими излучения на четыре класса.

К лазерам класса I относятся лазеры, выходное излучение которых не представляет опасности для глаз и кожи.

К лазерам класса II относятся лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз прямыми или зеркально отраженным излучением.

У лазеров класса III выходное излучение представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально и диффузно отраженным излучением на расстоянии десяти сантиметров от диффузно отражающей поверхности и при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением.

Лазеры класса IV представляют опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии десяти сантиметров от отражающей поверхности.

Классификация технологических лазерных установок проводится измерением уровней лазерного излучения в рабочей зоне и сравнением их с предельно-допустимым уровнем (ПДУ).

Кроме прямого лазерного излучения на организм человека при эксплуатации лазеров различных классов могут воздействовать сопутствующие опасные и вредные производственные факторы (табл.3.1).

Таблица 3.1.

Сопутствующие опасные и вредные производственные факторы при эксплуатации лазеров

* Знак “+” означает наличие вредного фактора, знак “-” - его отсутствие.

При разработке и монтаже лазерных установок необходимо знать интенсивность облучения для определения зоны безопасности и обеспечения необходимой защиты.

Энергетическую экспозицию, освещенность лазерного излучения H,E Вт/см2 (Дж/см2) на расстоянии R от источника при условии равномерного распределения энергии в пятне можно определить по формуле

где P - мощность энергии излучения, Вт (Дж); q - угол расхождения луча;
;d - коэффициент ослабления излучения лазера воздушной средой.

Во многих случаях необходимо знать, какой интенсивностью обладает в данной точке пространства отраженный луч (от объекта, стен помещения и т.п.). В условиях диффузного отражения энергетическую экспозицию, освещенность в заданной точке можно определить по формуле

(в которую при необходимости добавляется сомножитель
)

Где P n - энергия (мощность), падающая на отраженную поверхность, Дж (Вт); К о - коэффициент отражения поверхности; b - угол между нормалью к поверхности и направлением на глаз; K n - коэффициент, учитывающий размер пятна; если
(- радиус пятна), то
.

Для определения безопасного расстояния R приведенные формулы преобразуются заменой H на допустимые значения Н пду .

Министерством Здравоохранения СССР утверждены в 1981г “Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров”, в которых установлены ПДУ облучения роговой оболочки сетчатки глаз и кожи.

На ПДУ влияют следующие параметры:

Длина волны лазерного излучения l;

Длительность импульса t;

Частота повторения импульса f;

Длительность воздействия t;

Угол расхождения луча: для лабораторных условий берется равным 20`, для полевых условий при
(где R - расстояние от глаза до излучателя; d - диаметр пучка на выходе генератора) принят I¢;

Диаметр зрачка глаза: при работе в дневных условиях принимается равным четырем миллиметрам, а в ночных - восьми миллиметрам.

Для лазеров с моноимпульсным и непрерывным режимом излучения нормируется энергетическая освещенность E (облученность - отношения потока излучения, падающего на рассматриваемый участок поверхности, к площади этого участка, иначе: произведение энергетической освещенности (облученности) на длительность облучения (ГОСТ 7601-78)).

При одновременном воздействии лазерного излучения с различными параметрами на один и тот же участок тела и при условии суммирования биологических эффектов сумма отношений уровней лазерного излучения H n к величине ПДУ H пду не должна превышать единицы, т.е.

H 1 /H пду(1) +Н 2 /Н пду(2) +...+Н n /Н пду(n) 1.

Для контроля лазерного излучения и определения границ опасной зоны в условиях производства применяют ряд приборов. В зависимости от типа приемника излучения приборы разделяют на калориметрические, фотоэлектрические, фотохимические, механические и др. Наибольшее распространение получили первые два вида приборов.

Калориметрический метод основан на поглощении энергии излучения приемником прибора и превращении ее в тепловую энергию. Однако этот метод не точен вследствие наложения на показания колебаний температуры внешней среды.

При фотоэлектрическом методе измерений происходит преобразование энергии излучения в электрическую энергию. Этот метод позволяет достичь высокой чувствительности и поэтому в настоящее время является основным при дозиметрии лазерного излучения. На этом принципе основаны приборы “Измеритель-1”, ИЛД-2. Прибор “Измеритель-1” предназначен для измерения службами охраны труда непосредственно на рабочих местах плотностей мощности и энергии отраженного лазерного излучения с длинами волн 0,53; 0,63; 0,69 и 1,069 мкм. Прибор ИЛД-2 измеряет энергетические характеристики направленного или отраженного лазерного излучения с длиной волны 0,49 - 1,15 и 2 - 11 мкм в заданной точке пространства.

Величину лазерного излучения определяют на рабочих местах на уровне глаз работающего и открытых частей его тела.

По результатам измерений строится диаграмма направленности уровней плотности отраженной энергии, что дает возможность оценить опасность и разработать комплекс защитных мероприятий.

Методы и средства защиты от воздействия лазерного излучения можно подразделить на организационные, инженерно-технические и средства индивидуальной защиты.

Организационные методы защиты обеспечивают правильную организацию работ, исключающую попадание людей в опасные зоны при работе на лазерных установках.

Инженерно-технические методы предусматривают создание безопасных лазерных установок за счет уменьшения мощности применяемого лазера, надежной экранировки лазерной установки и дистанционного управления. Надежной защитой от случайного попадания на человека является экранирование луча световодом на всем пути его действия. Для снижения уровня отраженного излучения линзы, призмы и другие твердые предметы с зеркальной поверхностью на пути следования луча снабжают блендами, а перед облученным объектом устанавливают защитные экраны - диафрагмы с отверстием, диаметром несколько превышающим диаметр луча.

В качестве средств индивидуальной защиты применяются специальные защитные очки, стекла в которых подбираются в соответствии с ГОСТ 9411-81Е; технологические халаты и перчатки, изготавливаемые из хлопчатобумажной ткани светло-зеленого или голубого цвета.

Для уменьшения опасности необходима защита от сопутствующих опасностей, источниками которых являются сама лазерная установка и обрабатываемые объекты. Для уменьшения загрязнения воздуха парами и аэрозолями испаряющихся веществ мишени, а также образующегося в воздухе озона в рабочих помещениях предусматривают специальную систему вентиляции. Применяют также необходимые меры защиты от высокого напряжения (защитные и предохранительные блокировки), воздействие электромагнитных полей (защитные экраны), шума (звукоизолирующие кожухи), жесткого рентгеновского излучения, ионизации воздуха, взрывов и пожаров. Выполнение мер защиты обеспечивает безопасность работ, проводимых с лазерными установками.

Оглавление книги Следующая страница>>

§ 6. Защита от лазерных излучений.

Лазером называется оптический квантовый генератор. Лазер является новейшим видом современной техники, получившим за десять лет своего существования широкое распространение. Лазер используют для сварки сложнейших приборов, выполнения точнейших измерений, обработки алмазных инструментов, уникальных гравировальных работ, выжигая на одном квадратном сантиметре до 600 линий, вместо пятидесяти штрихов при прежнем способе работ, и во многих других областях (рис. 59).

Рис. 59. Схема рубинового лазера :

1 - резонатор; 2 - кристалл рубина; 3 - лампа накачки; 4 - высоковольтный выпрямитель

Излучения лазера могут оказать на организм человека вредные воздействия, для предупреждения которых введены санитарно-гигиенические нормативы и разработаны мероприятия по защите.

Излучения лазера охватывают почти весь оптический диапазон электромагнитных волн - от ультрафиолетовой до дальней инфракрасной области спектра. Световой пучок излучения лазера очень узкий (угол расхождения меньше 1"), что позволяет получить большую плотность потока мощности на облучаемой поверхности. Плотность потока мощности, излучаемой лазером, достигает 10 11 -10 14 Вт/см 2 , тогда как испарение самых твердых материалов происходит при плотности потока мощности 10 9 Вт/см 2 . Такой мощный поток энергии, попадая на биологические ткани, может нанести им серьезные поражения. Облучение лучами лазера может нарушить деятельность центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, повредить глаза, кожу и др. Облучение может стать причиной свертывания или распада крови, повышенной утомляемости, головной боли, расстройства сна.

В качестве внешних источников энергии в лазерах используются газоразрядные импульсные лампы, лампы непрерывного горения, СВЧ, сами по себе представляющие при эксплуатации разные виды опасности.

Характер и степень вредного действия на организм человека лучей лазера зависит от направленности луча, длины волны, мощности излучения, характера импульсов, их частоты. Энергия излучения лазера поглощается тканями организма, отчего в них возникает тепло. Способность поглощения энергии в разных тканях неодинакова. Жировые ткани энергии совершенно не поглощают. Глаза не имеют жировых прослоек, и поэтому облучение для них представляет наибольшую опасность.

Временные санитарные нормы при работе с оптическими квантовыми генераторами, утвержденные Министерством здравоохранения СССР, определили предельно допустимые уровни интенсивности облучения роговой оболочки глаза, обеспечивающие безопасность наиболее чувствительной к поражению части глаза-сетчатой оболочки. Эта предельно допустимая плотность потока мощности составляет для лазеров рубиновых 1.10 -8 -2.10 -8 Дж/см 2 , неодимовых 1.10 -7 - 2.10 -7 Дж/см 2 (оба в зависимости от импульсного режима), гелий-неонового 1.10 -6 Дж/см 2 (непрерывный режим). Средствами защиты от излучения лазеров являются оградительные устройства и знаки безопасности. Оградительные устройства и знаки запрещают нахождение людей в опасной зоне.

Помещения для установки лазеров предусматриваются отдельные, специально оборудованные. Установка размещается так, чтобы луч лазера был направлен на капитальную огнестойкую стену. Эта стена, а также и все поверхности в помещении должны иметь покрытия или окраску с малым коэффициентом отражения. Поверхности и детали оборудования не должны иметь блескости, отражающей падающие на них лучи. Освещение в помещении предусматривается с высоким уровнем освещенности, чтобы зрачок глаза имел минимальное расширение. Важное значение имеют автоматизация и дистанционное управление установкой.

Индивидуальными средствами защиты являются: защитные очки со светофильтрами, защитные щитки, халат и перчатки.

Контрольные измерения проводятся калориметрическими и фотометрическими методами с использованием соответствующей аппаратуры.

Лазерное излучение – это узконаправленные вынужденные потоки энергии. Оно бывает непрерывным, одной мощности или импульсным, где мощность периодически достигает определенного пика. Энергия образуется с помощью квантового генератора – лазера. Поток энергии представляет собой электромагнитные волны, которые распространяются параллельно относительно друг друга. Это создает минимальный угол рассеивания света и определенную точную направленность.

Сфера применения лазерного излучения

Свойства лазерного излучения позволяет применять его в различных сферах жизнедеятельности человека:

• наука – исследования, опыты, эксперименты, открытия;
• военно-оборонная промышленность и космическая навигация;
• производственная и техническая сфера;
• локальная термическая обработка – сварка, резка, гравировка, паяние;
• бытовое применение – лазерные датчики для считывания штрихкода, устройства для считывания компактных дисков, указки;
• лазерное напыление для повышения износостойкости металла;
• создание голограмм;
• усовершенствование оптических устройств;
• химическая промышленность – запуск и анализ реакций.

Применение лазера в медицине

Лазерное излучение в медицине – это прорыв в лечении пациентов, требующих оперативного вмешательства. Лазер применяют для производства хирургического инструментария.

Неоспоримые преимущества хирургического лечения лазерным скальпелем очевидны. Он позволяет сделать бескровный разрез мягких тканей. Это обеспечивается мгновенной спайкой мелких сосудов и капилляров. Во время использования такого инструмента хирург полностью видит все операционное поле. Лазерный поток энергии рассекает на определенном расстоянии, не контактируя с внутренними органами и сосудами.

Важным приоритетом является обеспечение абсолютной стерильности. Строгая направленность лучей позволяет делать операции с минимальной травматизацией. Реабилитационный период пациентов значительно сокращается. Быстрее возвращается трудоспособность человека. Отличительной особенностью применения лазерного скальпеля является безболезненность в послеоперационный период.

Развитие лазерных технологий позволило расширить возможности его применения. Были обнаружены свойства лазерного излучения положительно влиять на состояние кожи. Поэтому его активно применяют в косметологии и дерматологии.

В зависимости от своего типа, кожа человека по-разному поглощает лучи и реагирует на них. Аппараты лазерного излучения могут создать нужную длину волны в каждом конкретном случае.

Применение:

• эпиляция – разрушение волосяной луковицы и удаления волос;
• лечение угревой сыпи;
• удаление пигментных и родимых пятен;
• шлифовка кожи;
• применение при бактериальном поражении эпидермиса (обеззараживает, убивает патогенную микрофлору), излучение лазера предупреждает распространение инфекции.

Офтальмология – это первая отрасль, которая применила лазерное излучение. Направления в применении лазеров в микрохирургии глаза:

• лазеркоагуляция – использование термических свойств для лечения сосудистых заболеваний глаза (поражение сосудов роговицы, сетчатки);
• фотодеструкция – рассечение тканей на пике мощности лазера (вторичная катаракта и ее рассечение);
• фотоиспарение – длительное воздействие тепла, применяют при воспалительных процессах глазного нерва, при конъюнктивите;
• фотоабляция – постепенное удаление тканей, используют для лечения дистрофических изменений роговицы, устраняет ее помутнение, операционное лечение глаукомы;
• лазерстимуляция – оказывает противовоспалительное, рассасывающее действие, улучшает трофику глаза, применяется для лечения склеритов, экссудации в камере глаза, гемофтальмов.

Лазерное облучение используется при онкологических заболеваниях кожи. Наиболее эффективен лазер для удаления меланобластомы. Иногда метод применяют для лечения рака пищевода или прямой кишки 1-2 стадии. При глубоком расположении опухоли и метастазах лазер не эффективен.

Какую опасность представляет лазер для человека

Влияние лазерного излучения на организм человека может быть негативным. Облучение может быть прямым, рассеянным и отраженным. Негативное воздействие обеспечивается световыми и тепловыми свойствами лучей. Степень поражения зависит от нескольких факторов – длина электромагнитной волны, место локализации воздействия, поглотительная способность тканей.

Наиболее подвержены влиянию лазерной энергии глаза. Сетчатка глаза очень чувствительна, поэтому часто случаются ее ожоги. Последствия – частичная потеря зрения, необратимая слепота. Источник лазерного излучения – инфракрасные приборы-излучатели видимого света.

Симптомы поражения радужки, сетчатки, роговицы, хрусталика лазером:

• болезненные ощущения и спазмы в глазу;
• отек век;
• кровоизлияния;
• помутнение хрусталика.

При облучении средней интенсивности возникают термические ожоги кожи. В месте контакта лазера и кожи резко повышается температура. Происходит вскипание и испарение внутриклеточной и межтканевой жидкости. Кожа становится красной. Под давлением происходит разрыв тканевых структур. На коже появляется отек, в некоторых случаях внутрикожные кровоизлияния. Впоследствии на месте ожога появляются некротические (омертвевшие) участки. В тяжелых случаях обугливание кожи происходит моментально.

Отличительный признак лазерного ожога – четкие границы поражения кожи, а пузыри образуются в эпидермисе, а не под ним.

При рассеянном поражении кожи в месте поражения она становится нечувствительной, а эритема появляется через несколько дней.

Лазерное излучение инфракрасного спектра может проникать глубоко через ткани и поражать внутренние органы. Характерность глубокого ожога – чередование здоровой и поврежденной ткани. Первоначально при воздействии лучей человек не испытывает боли. Наиболее уязвимый орган – печень.

Воздействие излучения на организм в целом вызывает функциональные расстройства центральной нервной системы, сердечно-сосудистой деятельности.

Признаки:

• перепады артериального давления;
• повышенная потливость;
• необъяснимая общая утомляемость;
• раздражительность.

Меры предосторожности и защиты от лазерного излучения

Наиболее риску облучения подвержены люди, деятельность которых связана с применением квантовых генераторов.

В соответствии с санитарными нормами лазерное излучение разделяется на четыре класса опасности. Для организма человека опасность представляет второй, третий, четвертый классы.

Технические методы защиты от лазерного излучения:

1. Правильная планировка промышленных помещений, внутренняя отделка должна соответствовать правилам техники безопасности (лазерные лучи не должны зеркально отражаться).
2. Соответствующее размещение излучающих установок.
3. Ограждение зоны возможного облучения.
4. Порядок и соблюдение правил обслуживания и эксплуатации оборудования.

Еще одна защита от лазера – индивидуальная. Она включает такие средства: очки от лазерного излучения, защитные кожухи и экраны, комплект спецодежды (технологические халаты и перчатки), линзы и призмы, отражающие лучи. Все сотрудники регулярно должны проходить профилактические медицинские осмотры.

Использование лазера в быту тоже бывает опасным для здоровья. Неправильная эксплуатация световых указок, лазерных фонариков может нанести непоправимый вред человеку. Защита от лазерного излучения предусматривает простые правила:

1. Нельзя направлять источник излучения на стекла и зеркала.
2. Категорически запрещено направлять лазер в глаза себе или другому человеку.
3. Хранить гаджеты с лазерным излучением необходимо в недоступном для детей месте.

Действие лазера, в зависимости от модификации излучателя, бывает тепловым, энергетическим, фотохимическим и механическим. Наибольшую опасность представляет лазер с прямым излучением, с большой интенсивностью, узкой и ограниченной направленностью луча, высокой плотностью излучения. К опасным факторам, которые способствуют получению облучения, относится высокое производственное напряжение в сети, загрязнение воздуха химическими веществами, интенсивный шум, рентгеновское излучение. Биологические эффекты от лазерного излучения делятся на первичные (местный ожог), и вторичные (неспецифические изменения как ответная реакция всего организма). Следует помнить, что бездумное применение самодельных лазеров, световых указок, светильников, лазерных фонариков может нанести окружающим непоправимый вред.

С целью обеспечения безопасности работ с лазерами при разработке проектов, планировок и размещении оборудования прежде всего должны быть предусмотрены меры по защите работающих от лазерных излучений, а также от других сопутствующих опасных и вредных производственных факторов.

Наличие того или иного неблагоприятного фактора зависит от типа и мощности лазеров, а также от условий их применения. Перечень опасных и вредных производственных факторов, которые могут присутствовать при эксплуатации лазеров I-IV классов, приведен в табл. 11.1.

Для защиты от лазерного излучения предусматриваются следующие меры.

Размещение лазерных установок разрешается только в специально оборудованных помещениях. Следует избегать размещения в одном помещении двух и более лазерных установок. В последнем случае для каждой установки отводят отдельный светонепроницаемый бокс. Двери помещений, в которых размещены лазерные установки III, IV классов, должны быть заперты на внутренние замки с блокирующими устройствами, исключающими доступ в помещения во время работы лазеров, а также иметь автоматически включающееся световое табло «Опасно, работает лазер!»

На дверях помещений, оборудовании, приборах и в других местах, где имеется лазерное излучение, должен быть знак лазерной опасности «Опасно. Лазерное излучение» по ГОСТ 12.4.026-2001.

Установку размещают таким образом, чтобы луч лазера был направлен на капитальную, неотражающую, огнестойкую стену, но не на окна, двери, некапитальные сооружения, способные пропускать излучение. Стены и потолки окрашивают матовой краской с малой отражающей способностью. Для фона мишени рекомендуется темная краска с высоким коэффициентом поглощения, а для окружающей площади – светлая. Предметы, находящиеся в помещении, за исключением специальной аппаратуры, не должны иметь зеркальных поверхностей. Если этого нельзя избежать, то такие поверхности драпируют материалом (черной байкой или другими подобными).

Следует избегать работ с лазерными установками при затемнении помещения. Естественное и искусственное освещение должно быть обильным, чтобы зрачок глаза всегда имел минимальные размеры. Никакие работы не должны производиться при недостаточном освещении.

Для предотвращения поражения прямым или зеркально отраженным лучом лазера предусматриваются ограждения, исключающие возможность выхода луча за пределы установки закрытого типа и возможность проникновения человека в зону прохождения луча; применяются блокировки или затворы для защиты глаз работающего на установке, в которой системы наблюдения совпадают с оптической системой.

Оградительные устройства – для защиты от лазерного излучения подразделяют:

По способу применения – стационарные и передвижные;

По конструкции – откидные, раздвижные, съемные;

По способу изготовления – сплошные, со смотровыми стеклами, с отверстием переменного диаметра;

По структурному признаку – простые, составные (комбинированные);

По виду применяемого материала – неорганические, органические, комбинированные;

По принципу ослабления – поглощающие, отражающие, комбинированные;

По степени ослабления – непрозрачные, частично прозрачные;

По конструктивному исполнению – бленды, диафрагмы, заглушки, затворы, кожухи, козырьки, колпаки, крышки, камеры, кабины, мишени, обтюраторы, перегородки, световоды, смотровые окна, ширмы, щитки, шторки, щиты, шторы, экраны.

При изготовлении экранирующих щитов, ширм, штор необходимо применять непрозрачные теплостойкие материалы. Если отсутствует опасность возникновения пожара от луча лазера, ограждения могут быть выполнены из плотной ткани.

Помещения, в которых при эксплуатации лазерных установок происходит образование вредных газов и аэрозолей, должны быть оборудованы общеобменной, а в необходимых случаях и местной вытяжной вентиляцией для удаления загрязненного воздуха с последующей его очисткой. В случае использования веществ I и II классов опасности должна быть предусмотрена аварийная вентиляция.

При работе лазеров на открытом месте следует обозначить зону повышенной плотности энергии излучения и оградить ее стойкими, непрозрачными экранами для исключения возможности выхода луча за пределы этой зоны. Следует избегать работы наружных установок при плохой погоде, так как туманы, снег, пыль усиливают рассеивание лучей.

Для оценки опасности действия лазерного излучения в производственных условиях следует произвести расчет лазерно опасной зоны.

Расчет границ лазерно опасной зоны

Достаточно надежным и простым методом определения границы лазерно опасной зоны может быть расчет плотности потока излучения (облученности) в различных точках пространства вокруг лазерных установок. При проведении такого расчета необходимо знать выходные характеристики лазерного излучения и коэффициент отражения (альбедо) излучения от мишени ρ. Наиболее важными характеристиками лазерного излучения, определяющими его воздействие на биологические объекты, являются: длина волны, диаметр и расходимость пучка, длительность и частота повторения импульсов, энергия (мощность) излучения. Как правило, эти параметры известны из паспортных данных лазерной установки с достаточной точностью.

При определении границ лазерно опасной зоны исходят из предположения, что воздействие на человека прямых и зеркально отраженных лучей исключено конструкцией установки.

Расчет лазерно опасной зоны начинают с определения границ зоны 1 , внутри которой источник излучения (отражающая поверхность) является для глаза протяженным, рис. 11.1.

Рис. 11.1. Схема к расчету лазерно опасной зоны:

I – граница зоны 1 ; II - граница лазерно опасной зоны; III - граница зоны, внутри которой

излучение представляет опасность для кожи; 1 – лазер; 2 - мишень

Отражающая поверхность будет протяженным источником в том случае, если она видна под углом большим или равным α min . Угол α min определяется из условия, когда поверхность с энергетической яркостью L е , равной ПДУ для диффузно отраженного излучения, создает на роговице глаза энергетическую освещенность, соответствующую ПДУ для коллимированного излучения, т.е.

, (11.6)

где Θ - угол между направлением визирования и нормалью к поверхности; - энергетическая освещенность на роговице глаза, равная ПДУ для коллимированного излучения.

Значения α min для различных длительностей экспозиций приведены в табл. 11.2.

Таблица 11.2.

Предельный угол видения протяженного источника

Угол видения отражающей поверхности α вычисляется по формуле:

, (11.7)

где S q – площадь пятна на отражающей поверхности; R – расстояние от поверхности до наблюдателя.

Подставив в формулу (11.7) выражение для α min (11.6), определим значение радиуса зоны 1 – R 1:

, (11.8)

где Е э " – энергетическая освещенность на роговице глаза, равная ПДУ для коллимированного излучения; L е ´ – энергетическая яркость поверхности, равная ПДУ для диффузионно отраженного излучения.

Граница лазерно опасной зоны определяется в каждом конкретном случае по следующей схеме:

1) рассчитывается угол видения отражающей поверхности по формуле (11.7);

2) полученное по формуле (11.7) значение угла α сравнивается с предельным углом видения протяженного источника α min , при этом могут возникнуть две ситуации:

а) угол видения отражающей поверхности меньше α min (точечный источник); в этом случае граница лазерно опасной зоны вычисляется по формуле:

(11.9)

б) угол видения отражающей поверхности больше α min (протяженный источник). В этом случае повреждение органов зрения определяется энергетической яркостью отражающей поверхности L е. Если энергетическая яркость диффузно отражающей поверхности меньше ПДУ, то источник является безопасным. Если энергетическая яркость равна ПДУ, то граница лазерно опасной зоны совпадает с границей зоны I (рис. 11.1), вычисляемой по формуле (11.8). И, наконец, если энергетическая яркость превышает ПДУ, то граница лазерно опасной зоны вычисляется по формуле (11.9).

Лазерное излучение может представлять также опасность для кожи. В этом случае опасность лазерного излучения определяется величиной облученности кожных покровов и не зависит от геометрических размеров источников излучения. Граница зоны, внутри которой необходимо использовать средства защиты кожи, вычисляется по формуле (11.9), в которую необходимо вместо ПДУ для глаз подставить значение ПДУ для кожи.

Расчет лазерно опасной зоны при длине волны излучения, находящейся вне интервала 0,4-1,4 мкм, проводится по формуле (11.9) независимо от геометрических размеров источника излучения.

Расчетный метод оценки границ лазерно опасной зоны является ориентировочным (рис. 11.1), так как он требует знаний энергетических характеристик лазерного излучения, коэффициента отражения излучения, закона отражения и не учитывает дополнительно отраженного от различных предметов (оптических элементов и т.п.) излучения. Более точным является экспериментальный метод, позволяющей по результатам измерений строить истинную картину поля излучения вокруг лазерных установок.

Меры защиты от других опасных и вредных факторов, возникающих при эксплуатации лазерных установок (см. табл. 11.1), выбирают с учетом требований, изложенных в соответствующих разделах данной книги.

Средства индивидуальной защиты

СИЗ от лазерного излучения включают в себя средства защиты глаз и лица (защитные очки, щитки, насадки), средства защиты рук, специальную одежду. При выборе СИЗ необходимо учитывать рабочую длину волны излучения и оптическую плотность светофильтра.

Оптическая плотность светофильтров, применяемых в защитных очках, щитках и насадках, должна удовлетворять требованиям:

, (11.10)

или (для диапазона 380 < λ £1400 нм)

, (11.11)

где , , , - максимальные значения энергетических параметров лазерного излучения в рабочей зоне; , , , - предельно допустимые уровни энергетических параметров при хроническом облучении.

Защитные очки предназначены для защиты глаз при определенной длине волны, что необходимо учитывать при их выборе. В качестве светофильтров рекомендуется применять стекла по ГОСТ 9411-91 «Стекло оптическое цветное. Технические условия». Отдельные марки стекол приведены в табл. 11.3.

Длина волны, нм	Марка стекла
	УФС1, УФС5, ПС11, БСЗ, БС12
	УФС2, УФС5, УФС6, БС4
	ФС1, ФС6, СЗС7, СЗС8, СЗС9
	СС16, ОС5, ПС11
	СС1, СС2, СС4, СС5, ЖЗС9, ЖЗС12
	УФС8, ФС1, СС1, СЗС5, ОС5, ИКС1, ПС11
	ФС6, СЗС15, ИКСЗ, ИКС5, ИКСУ
	ИКСЗ, ИКС5, ИКС7
	СЗС5, СЗС16, НС14, ТСЗ
	ИКС1, ИКСЗ, ИКС6, ИКС7
Примечание: УФС – ультрафиолетовое стекло; ФС – фиолетовое стекло; ИКС – инфракрасное стекло; ОС – оранжевое стекло; СЗС – сине-зеленое стекло; БС – бесцветное (ультрафиолетовое) стекло; ПС – пурпурное стекло; ЖЗС – желто-зеленое стекло; СС – синее стекло; НС – нейтральное стекло; ТС – темное стекло

В паспорте на очки должны быть указаны диапазоны длин волн, на которые рассчитаны эти очки, и оптическая плотность светофильтра.

Форма оправы защитных очков должна исключить возможность попадания излучения лазера внутрь очков через щели между оправой и лицом, а также обеспечивать широкое поле зрения. Целесообразно очки вмонтировать в маску или полумаску, защищающую лицо.

Защитные лицевые щитки применяются в тех случаях, когда лазерное излучение представляет опасность не только для глаз, но и для кожи лица.

При настройке резонаторов газовых лазеров, работающих в видимой области спектра, для защиты глаз следует применять защитные насадки (ЗН). Защитные насадки могут использоваться самостоятельно или в сочетании с оптическими устройствами, такими как диоптрийная трубка.

Одежда должна оставлять возможно меньше открытых частей тела. Она может быть обычной, предпочтительней халаты из непроницаемой ткани черного цвета. Руки защищают хлопчатобумажными перчатками.

Контроль лазерных излучений

Дозиметрический контроль лазерного излучения заключается в оценке тех характеристик лазерного излучения, которые определяют его способность вызывать биологические эффекты, и сопоставлении их с нормируемыми величинами.

Различают две формы дозиметрического контроля: предупредительный(оперативный) дозиметрический контроль и индивидуальный дозиметрический контроль.

Предупредительный дозиметрический контроль заключается в определении максимальных уровней энергетических параметров лазерного излучения в точках на границе рабочей зоны, он проводится в соответствии с регламентом, утвержденным администрацией предприятия, но не реже одного раза в год в порядке текущего санитарного надзора, а также в следующих случаях:

При приемке в эксплуатацию новых лазерных изделий II-IV классов;

При внесении изменений в конструкцию действующих лазерных изделий;

При изменении конструкции средств коллективной защиты;

При проведении экспериментальных и наладочных работ;

При аттестации рабочих мест;

При организации новых рабочих мест.

Предупредительный дозиметрический контроль проводят при работе лазера в режиме максимальной отдачи мощности (энергии), определенной в паспорте на изделие и конкретными условиями эксплуатации.

Индивидуальный дозиметрический контроль заключается в измерении уровней энергетических параметров излучения, воздействующего на глаза (кожу) конкретного работающего в течение рабочего дня, он проводится при работе на открытых лазерных установках (экспериментальных стендах), а также в тех случаях, когда не исключено случайное воздействие лазерного излучения на глаза и кожу.

Для проведения измерений применяются переносные дозиметры лазерного излучения, отвечающие требованиям ГОСТ 24469-80 «Средства измерений параметров лазерного излучения. Общие технические требования» и позволяющие определять облученность Е е и энергетическую экспозицию Н е в широком спектральном, динамическом, временном и частотном диапазонах.

При измерениях энергетических параметров лазерного излучения предел допускаемой погрешности дозиметров не должен превышать 30%.

Промышленностью выпускается ряд приборов, позволяющих измерять энергетические характеристики лазерного излучения, см. приложение 10. В зависимости от типа приемника излучения приборы подразделяются на колориметрические (цвет), пироэлектрические (появление электрических зарядов при изменении температуры), болометрические (изменение электрического сопротивления термочувствительных элементов), пондеромоторные (эффект давления света на тело) и фотоэлектрические (изменение проводимости).

Контрольные вопросы к разделу 11:

1. Что такое – лазер, и с какими его свойствами связано широкое применение в различных отраслях деятельности?

2. Как подразделяют лазеры по типу активной среды?

3. Какие параметры лазерного излучения относят к энергетическим?

4. Какие параметры лазерного излучения относят к временны́м?

5. Какие виды лазерного излучения существуют?

6. Как подразделяют лазеры по степени опасности генерируемого излучения?

7. Какие опасные и вредные факторы могут возникнуть при работе лазера?

8. Чем определяется биологическое воздействие лазерных излучений на организм человека?

9. От каких факторов зависит степень тяжести повреждения организма человека при воздействии лазерного излучения?

10. Что может случиться от попадания прямого или отраженного пучка лазерного излучения на кожные покровы или роговицу глаза человека?

11. Зависят ли предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения от длины его волны?

12. Какие требования предъявляются к помещениям для размещения лазеров?

13. Какие требования предъявляются к освещению помещений, в которых проводятся работы с лазерами?

14. Как должен быть ориентирован лазерный луч при его использовании?

17. Какие средства индивидуальной защиты применяются при работе с лазерным излучением?

15. Какое стекло можно использовать для защитных от лазерного излучения очков?

16. В каких случаях проводится предупредительный дозиметрический контроль лазерного излучения?

17. С какой целью проводится индивидуальный дозиметрический контроль лазерного излучения?

Очки должны быть прозрачными в диапазоне 400-700 нм, чтобы тот, кто их носит, мог видеть сквозь них и работать, но чем больше участков спектра должно быть блокировано, отфильтровано такими очками, тем менее прозрачными и приемлемыми для пользователя они делаются. Пик чувствительности глаза приходится на 530-550 нм, и чем ближе к этому интервалу подходит длина волны, которую нужно перекрыть, тем более темными становятся очки. Способ обойти эту принципиальную трудность ещё не придуман, и потому пользователям, работающим с различными лазерными источниками излучения, приходится запасаться не одними, а целым набором защитных очков, чтобы на любой используемой длине волны обеспечить баланс между надёжной защитой от лазерного излучения и хорошей прозрачностью используемых очков в видимом диапазоне.

Повышение мощности используемых лазеров является ещё одной «головной болью» для производителей защитных очков, но на практике безопасность для персонала обеспечивается обычно полным экранированием мощного лазера, переводом его в Класс 1.

Защитные очки делятся по диапазонам длины волны света, который они отфильтровывают. А именно 190-366nm - Ультрафиолетовый свет, 405 - Фиолетовый свет, 445-450 - Синий свет, 532 - Зелёный, 635-650 - Красный, 780-1064 и более - Инфракрасный свет. У некоторых очков такой диапазон защиты может быть один, как например у оранжевых(190-540nm), это значит, что они защищают и от ультрафиолетового, фиолетового, синего и зелёного света. Так же бывают и очки с двойным защитным диапазоном, например у очков чайного цвета диапазон раздваивается на 200-540nm и 800-1700nm. Это означает что их действие распространяется на синий, зелёный и свет инфракрасного лазера, что может быть полезно если у вас есть несколько различных лазеров. классификация лазеров

Ещё одним параметром очков является их оптическая плотность (OD-Optical density) ,бывает она OD4, OD5, OD5+, OD7, у каждых очков существует свой график распределения плотности по разным длинам волн, то есть у одних очков может быть разная оптическая плотность для разного света. Одни и те же защитные очки, могут к примеру иметь плотность OD5+ для синего света, но для зелёного OD4.

Важным аспектом лазерных защитных очков является оптическая плотность. Это в основном, насколько сильны очки. Чем сильнее ваш лазерный луч, тем выше OD оно требует, чтобы ваши глаза были в безопасности. Однако энергия пучка не является единственной переменной, которая влияет на OD.

Из всего сказанного выше можно сделать один единственный вывод: мы - обладатели всего одной пары глаз и в наших интересах продлить их целостность и здоровье как можно дольше. Поэтому не пренебрегаем самым простым правилом безопасности - не смотреть на лазерный луч. Если уж очень хочется, или в этом есть необходимость, то в этом случае предлагаем Вам прибегнуть к выбору защитных очков. Кстати, так как компания Gistroy заботится о безопасности Вашего зрения, в комплекте с каждым приобретенным гравером в обязательном порядке идут очки, а во всех моделях, кроме станков с диодом 5,5 Вт, также предусмотрены защитные шиберы для гашения лазерного излучения.